12 апреля в 6.13 второй помощник капитана судна "Касимов" заметил красную ракету с направления, где была лодка, и радиолокационная отметка от "К-8" стала быстро исчезать.
Через минуту раздались два гидравлических удара, свидетельствующие о гибели лодки.
В 6:35 суда подошли в точку гибели, но поднять на борт удалось лишь одного погибшего, командира 2-го дивизиона БЧ-5 капитана 3 ранга В.П.Рубеко. Было обнаружено тело командира капитана 2-го ранга Бессонова В.Б., но поднять его не удалось, так как труп ушёл под корпус "Лаптева".
Лодка затонула в результате потери продольной остойчивости на глубине 4125 метров. Причины пожара остались неизвестны. Наиболее вероятная причина, короткое замыкание в кабельных трассах. Это была первая катастрофа Советского ядерного флота.
Погибло 52 человека, из которых 30 и отравились продуктами горения и 22 в результате затопления лодки, в том числе командир.
Корабельный врач, старший лейтенант П. Соловей передал свой аппарат индивидуального дыхания матросу, которому сделал операцию по удалению аппендицита. Матрос был спасен и эвакуирован на суда сопровождения, а врач погиб в восьмом отсеке от отравления окисью углерода. Старший помощник командира капитан 2 ранга В.А. Ткачев отказался покинуть корабль, несмотря на приказание, и погиб вместе с лодкой.
С лодкой на дно ушли 4 торпеды с ЯБЧ. По всем признакам, они не взорвались.
Командир ПЛ капитан 2 ранга Всеволод Бессонов было присвоено звание "Герой Советского Союза" посмертно.